|
REFERAT
MAVZU: Biologik jarayonlarni matematik modellash
Bajardi: Shonig’monova Odina
Tekshirdi:___________________
Makromolekula yuqori molekulyar og'irlikdagi molekula bo'lib, uning tuzilishi kichik molekulyar og'irlikdagi molekulalardan hosil bo'lgan (haqiqiy yoki aqliy) birliklarning ko'p marta takrorlanishidir. Makromolekulalarni tashkil etuvchi atomlar soni juda ko'p (yuz minglab va millionlab) bo'lishi mumkin. Tirik organizmlarda uchta asosiy makromolekulalar mavjud: polisaxaridlar, oqsillar va nuklein kislotalar. Ular uchun monomerlar, mos ravishda, monosaxaridlar, aminokislotalar va nukleotidlardir. Makromolekulalar hujayralar quruq massasining taxminan 90% ni tashkil qiladi. Polisaxaridlar zahiraviy oziq moddalar rolini o'ynaydi va strukturaviy funktsiyalarni bajaradi, oqsillar va nuklein kislotalarni esa "axborot molekulalari" deb hisoblash mumkin. Makromolekulalar nafaqat tirik tabiatda, balki jonsiz tabiatda ham mavjud, xususan, makromolekulalar asosidagi ko'plab jihozlar insonning o'zi tomonidan yaratilgan . Bu shuni anglatadiki, monomer birliklarining ketma-ketligi oqsillar va nuklein kislotalarda muhim ahamiyatga ega va ularda u polisaxaridlarga qaraganda ancha farq qiladi, ularning tarkibi odatda bir yoki ikki xil turdagi subbirliklar bilan chegaralanadi.
Da dan ortiq bo'lgan moddalar odatda makromolekulyar hisoblanadi . Molekulaning makromolekula deb hisoblanishi uchun molekulyar og‘irlik yetarli bo‘ladimi yoki yo‘qmi, ko‘pincha (lekin har doim ham emas!) quyidagi mezon bilan aniqlanishi mumkin: agar bir yoki bir nechta birlikning qo‘shilishi yoki olib tashlanishi molekulyar xossalarga ta’sir qilmasa, molekula makromolekula deb hisoblanishi kerak (bunday mezon, masalan, biopolimerlar uchun muvaffaqiyatsiz).
megamolekula " sinonimlari sifatida ishlatiladi.
Shtaudinger tomonidan kiritilgan (Kimyo bo'yicha Nobel mukofoti (1953)).
Polimer to'pi (inglizcha bobin ) ko'proq xona bo'ylab ochiladigan lasanning tasodifiy zarbalari natijasida hosil bo'lgan chigal ipga o'xshaydi . Polimer lasan doimiy ravishda o'zining konformatsiyasini o'zgartiradi (fazoviy konfiguratsiya). Bobinning odatiy shakli tashqi ko'rinishi bo'yicha Broun harakati traektoriyasiga o'xshaydi (alohida holat, ideal bo'lak deb ataladi, xuddi shu tenglamalar bilan tavsiflanadi). Bobinlarning shakllanishi polimer zanjiri ma'lum masofada (statistik segment) uning yo'nalishi haqidagi ma'lumotni "yo'qotishi" tufayli yuzaga keladi. Shunga ko'ra, zanjirning kontur uzunligi statistik segmentning uzunligidan sezilarli darajada oshib ketganda, lasan haqida gapirish mumkin.
Polimer zanjirining globulyar konformatsiyasi zich polimerning hajm ulushi birlik bilan taqqoslanadigan konformatsiya (agar polimer ulushi birlikka yaqin bo'lsa, globul zich deb ataladi; agar polimerning hajm ulushi solishtirish mumkin bo'lsa-da, lekin birlikdan sezilarli darajada kichik bo'lsa, u holda globul bo'shashgan deyiladi. ). Globulyar holat polimer birliklarining bir-biri bilan va atrof-muhit (masalan, eritma) bilan o'zaro ta'siri birliklarning o'zaro tortilishiga olib kelganda amalga oshiriladi.
1.1 Makromolekulaning eng yaqin hidratsion muhiti uning tuzilishining nusxasi bo'lib, uning ishlashi uchun zarur bo'lgan ushbu strukturaning elementi sifatida kiritilgan suvning bir qismini o'z ichiga oladi. Shu bilan birga, biologik ob'ektlarning suv komponenti holatining o'tkazuvchanligi nuqtai nazaridan turli darajadagi tashkiliy darajadagi makromolekulalar va supramolekulyar komplekslarning o'tkazuvchanligi nuqtai nazaridan, oqsillarni yig'ish, qayta yo'naltirish va konformatsion o'tish jarayonlarida ham eritmalarda, ham suspenziyalarda va mahalliy hujayralarda faqat bu hidratlangan muhitdagi o'zgarishlar bilan izohlab bo'lmaydi . Maqolada domen tuzilishiga ta'sir qiluvchi eritmadagi globulaning keng ko'lamli qayta joylashishini simulyatsiya qilish paytida, shuningdek, mahalliy hujayra ichidagi sitoskeletal tuzilmalarni qayta yo'naltirish paytida suv komponenti holatidagi o'zgarishlar tahlili natijalari ko'rib chiqiladi . Bu jarayonlarning barchasi to'liq gidrat muhitining o'zgarishi bilan birga keladi, shu jumladan gidrat replikasi va kengaytirilgan suv assotsiatsiyasi . O'rganilayotgan tuzilmalarda makromolekulalarning funktsional jihatdan muhim molekulyar xotirasi ularning fazoviy tashkil etilishi tufayli kuzatildi (Shchegoleva va Kolesnikov, 1997), bu ham katta darajada suv bilan belgilanadi . sheriklar . Protein kristallarida, rentgen nurlari diffraktsiyasi tahliliga ko'ra, suv assotsiatsiyalari 10 E gacha uzunlikka etadi va har doim ham ikkita qo'shni molekula bilan bog'lanmaydi, balki bitta makromolekulaga mustahkam bog'langan. Ehtimol, bu assotsiatsiyalar o'z-o'zini tashkil qilish aktining asosiy ishtirokchilaridan biri bo'lib, uning termodinamik va elektrostatik barqarorligini ta'minlaydigan rezervuar bo'lgan past molekulyar og'irlikdagi komponentning buzilishi tufayli tizimni tartibga solish qobiliyatini aniqlaydi. shuningdek, butun strukturaning dinamikasi va uning qismlari. O'rganilayotgan ob'ektlarda, bizning ma'lumotlarimizga ko'ra, bu suv tuzilmalari kristallarda aniqlanganlar bilan o'zaro bog'liq .
Suv bilan bog'langanda oqsilni makromolekula sifatida ko'rib chiqing.Oqsillar gidrofil moddalardir . Agar quruq oqsilni suvda eritib yuborsangiz, dastlab u, har qanday hidrofilik yuqori molekulyar birikma singari, shishadi, so'ngra oqsil molekulalari asta-sekin eritma ichiga o'ta boshlaydi. Shishish paytida suv molekulalari oqsilga kirib, uning qutbli guruhlari bilan bog'lanadi. Polipeptid zanjirlarining zich o'rami bo'shatiladi. Shishgan oqsilni teskari eritma, ya'ni suv molekulalarining yuqori molekulyar modda - oqsildagi eritmasi deb hisoblash mumkin. Suvning keyingi so'rilishi oqsil molekulalarining umumiy massadan ajralishiga va erishiga olib keladi. Ammo shishish har doim ham eritmaga olib kelmaydi; kollagen kabi ba'zi oqsillar katta miqdorda suvni so'rib olgandan keyin shishgan holda qoladi.
Eritma oqsillarning hidratsiyasi, ya'ni suv molekulalarining oqsillarga bog'lanishi bilan bog'liq. Hidratlangan suv oqsil makromolekulasiga shunchalik qattiq bog'langanki, uni ajratish qiyin. Bu oddiy adsorbsiyani emas, balki manfiy zaryadga ega kislotali aminokislotalarning yon radikallari va musbat zaryadli asosiy aminokislotalarning qutb guruhlari bilan suv molekulalarining elektrostatik bog'lanishini ko'rsatadi.
Shu bilan birga, hidratsiya suvining bir qismi peptid guruhlari bilan bog'langan bo'lib, ular suv molekulalari bilan vodorod aloqalarini hosil qiladi. Masalan, qutbsiz yon guruhlarga ega bo'lgan polipeptidlar ham shishiradi, ya'ni suvni bog'laydi. Shunday qilib, ko'p miqdorda suv kollagenni bog'laydi, garchi bu oqsilda asosan qutbsiz aminokislotalar mavjud. Suv peptid guruhlari bilan bog'lanib, cho'zilgan polipeptid zanjirlarini bir-biridan itaradi. Biroq, zanjirlararo aloqalar (ko'priklar) oqsil molekulalarining bir-biridan uzilib, eritmaga kirishiga imkon bermaydi. Tarkibida kollagen bo‘lgan xom ashyo qizdirilganda kollagen tolalaridagi zanjirlararo ko‘priklar buziladi va ajralib chiqqan polipeptid zanjirlari eritmaga o‘tadi. Qisman gidrolizlangan eruvchan kollagenning bu qismi jelatin deb ataladi. Jelatin kimyoviy tarkibi bo'yicha kollagenga o'xshaydi, suvda osongina shishadi va eriydi, yopishqoq suyuqliklar hosil qiladi. Jelatinning xarakterli xususiyati jel qilish qobiliyatidir. Jelatinning suvli eritmalari tibbiy amaliyotda plazma o'rnini bosuvchi va gemostatik vosita sifatida keng qo'llaniladi va jel qilish qobiliyati - farmatsevtika amaliyotida kapsulalar ishlab chiqarishda.
Turli oqsillarning eruvchanligi juda katta farq qiladi. Bu ularning aminokislotalar tarkibi (qutbli aminokislotalar qutbsizlarga qaraganda ko'proq eruvchanlikni beradi), tashkiliy xususiyatlari (globulyar oqsillar odatda fibrilyarlarga qaraganda yaxshiroq eriydi) va erituvchi xususiyatlari bilan belgilanadi. Masalan, o'simlik oqsillari - prolaminlar - 60-80% spirtda, albuminlar - suvda va kuchsiz tuz eritmalarida, kollagen va keratinlar esa ko'pchilik erituvchilarda erimaydi.
Protein eritmalari oqsil molekulasining zaryadi va hidratsiya qobig'i tufayli barqarordir. Alohida oqsilning har bir makromolekulasi bir xil belgining umumiy zaryadiga ega bo'lib, bu ularning eritmada bir-biriga yopishib qolishini va cho'ktirishni oldini oladi. Zaryad va hidratsiya qobig'ining saqlanishiga hissa qo'shadigan har qanday narsa oqsilning eruvchanligini va eritmadagi barqarorligini osonlashtiradi. Oqsilning zaryadi (yoki undagi qutbli aminokislotalar soni) va gidratlanish o‘rtasida yaqin bog‘liqlik mavjud: oqsilda qancha qutbli aminokislotalar bo‘lsa, shuncha ko‘p suv bog‘lanadi (1 g oqsilga). Proteinning hidratsion qobig'i ba'zan katta hajmga etadi va hidratsiya suvi uning massasining 1/5 qismini tashkil qilishi mumkin.
To'g'ri, ba'zi oqsillar ko'proq gidratlangan va kamroq eriydi. Masalan, kollagen suvni juda ko'p eriydigan globulyar oqsillarga qaraganda ko'proq bog'laydi, lekin erimaydi. Uning eruvchanligiga strukturaviy xususiyatlar - polipeptid zanjirlari orasidagi o'zaro bog'lanishlar to'sqinlik qiladi. Ba'zan qarama-qarshi zaryadlangan oqsil guruhlari oqsil molekulasi ichida yoki oqsil molekulalari o'rtasida ko'plab ion (tuz) bog'lanishlarini hosil qiladi, bu esa suv molekulalari va zaryadlangan oqsil guruhlari o'rtasida bog'lanishning shakllanishiga to'sqinlik qiladi. Paradoksal hodisa kuzatiladi: oqsilda anion yoki katyonik guruhlar ko'p bo'lib, uning suvda eruvchanligi past. Molekulyar tuz ko'prigi oqsil molekulalarining bir-biriga yopishib, cho'kishiga olib keladi.
Oqsillarning eruvchanligiga va ularning eritmalardagi barqarorligiga qanday muhit omillari ta’sir qiladi?
Neytral tuzlarning ta'siri
O'rtacha pH ning ta'siri.
Harorat effekti
Turli zaryadlangan oqsilning ta'siri
Neytral tuzlarning eritmalari nafaqat oqsilning eruvchanligini oshirish uchun, masalan, uni biologik materialdan ajratib olishda, balki turli oqsillarni tanlab cho'ktirish, ya'ni ularni fraksiyalash uchun ham keng qo'llaniladi. Neytral tuz eritmalari bilan oqsillarni cho'ktirish jarayoni tuzlanish deb ataladi . Tuzlash yo'li bilan olingan oqsillarning xarakterli xususiyati tuzni olib tashlangandan keyin ularning tabiiy biologik xususiyatlarini saqlab qolishdir .
Tuzlanish mexanizmi shundan iboratki, sho'rlangan eritmaning qo'shilgan anionlari va kationlari oqsillarning hidratsion qobig'ini olib tashlaydi, bu uning barqarorligi omillaridan biridir. Ehtimol, oqsil zaryadlarini tuz ionlari bilan neytrallash bir vaqtning o'zida sodir bo'ladi, bu ham oqsillarning cho'kishiga yordam beradi.
Tuzlanish qobiliyati tuz anionlarida eng aniq namoyon bo'ladi. Tuzlanish ta'sirining kuchiga ko'ra anionlar va kationlar quyidagi qatorlarda joylashgan:
SO42-> C6H5O73-> CH3CO O- > Cl- > NO3-> Br- > I-> CNS-
Li + > Na + > K + > Pb + > Cs +
Ushbu seriyalar liotropik deb ataladi.
Ushbu seriyada sulfatlar kuchli tuzlash ta'siriga ega. Amaliyotda natriy va ammoniy sulfat ko'pincha oqsillarni tuzlash uchun ishlatiladi. Tuzlardan tashqari, oqsillar organik suvni olib tashlaydigan moddalar (etanol, aseton, metanol va boshqalar) bilan cho'ktiriladi. Aslida, bu bir xil tuzlashdir .
Tuzlash oqsillarni ajratish va tozalash uchun keng qo'llaniladi, chunki ko'plab oqsillar hidratsiya qobig'ining hajmi va zaryadlarining kattaligi bilan farqlanadi. Ularning har biri o'z tuzlash zonasiga ega, ya'ni oqsilning suvsizlanishi va cho'kishiga imkon beruvchi tuz konsentratsiyasi . Tuzlovchi vositani olib tashlaganingizdan so'ng, oqsil o'zining barcha tabiiy xususiyatlarini va funktsiyalarini saqlab qoladi.
|
